[发明专利]面向产品概念设计的FBAS功能模型及基于该功能模型和基因表达的产品概念设计方法

说明书

本发明提供一种面向产品概念设计的FBAS功能模型以及基于FBAS功能模型和基因表达的产品概念设计方法，能够解决传统概念设计中因设计信息模糊不全造成的结构方案可行性低，设计周期长，耗费成本高的问题。该方法通过分析自顶向下的产品正向设计过程，建立基于功能、行为、属性和结构的功能扩展模型；然后类比生物基因，提出产品基因的概念、模型和编码方法；根据产品基因的交叉、组合、转录和翻译等操作进行产品概念设计。本发明利用产品基因明确概念设计中的关键信息，通过基因的交叉、组合得到对应各功能元的更多基因形式，将这些基因进行转录和翻译，能够得到更多设计方案可行解，为产品的创新设计提供更多的选择空间，有效提高产品的创新性。

技术领域

本发明涉及一种面向产品概念设计的功能模型和一种产品概念设计方法，特别涉及一种面向产品概念设计的FBAS功能模型和基于FBAS以及基因表达的产品概念设计方法，属于机械产品设计领域。

背景技术

在经济全球化的今天，国家间竞争的焦点是科技竞争力，而科技竞争力最终取决于企业自主产品设计和开发能力的高低。因此，要实现由经济大国向经济强国转变，关键在于提高我国企业自主产品设计与开发的能力，使企业具有更强的市场竞争力。目前正处于以客户为导向的知识经济时代，多品种、变批量、灵活多变是现代企业经营管理的主要特征，这不仅要求以客户满意度作为企业发展中的重要目标，而且要求产品开发机制具有敏捷性

面对快速变化的消费需求和激烈的竞争环境，现代企业大多把产品研发重点放在如何能以较低的成本在较短的时间内研发出创新性较高、质量较优的产品上。提高产品的创新性以最大程度地满足消费者的需求成为影响企业竞争力的关键因素。产品创新是通过设计过程实现的，而产品设计过程早期的概念设计阶段被认为是对设计人员约束最少、创新空间最大、最能体现设计者经验、智慧和创造性的阶段。研究表明，概念设计阶段是决定产品创新性的关键阶段。该阶段以占产品总成本5％的投入费用，决定70％-80％的产品成本和80％以上的产品特性，且在该阶段的设计失误将在产品试制阶段付出30到70倍的代价。

但是，概念设计阶段产品的设计要求和约束条件是不确切的、模糊的甚至是未知的，这给概念设计带来了很大挑战。采用传统概念设计方法，只是在关键信息不明确、不完整的情况下进行的试探性设计，设计出的方案不一定可行，或者设计出的方案只是一种可行方案，要想得到性能优良的方案还需经过几代样机的研发设计，设计周期长、成本高。因此，如何在已知少量模糊信息的情况下，以较低的成本快速设计出满足设计功能优良的产品成为概念设计研究的重点。

发明内容

有鉴于此，为解决传统概念设计中因设计信息模糊不全造成的结构方案可行性低，设计周期长，耗费成本高的问题，本发明提出一种面向产品概念设计的FBAS功能模型以及基于 FBAS功能模型和基因表达的产品概念设计方法。

产品概念设计过程包括：根据已知的目标功能与行为之间的映射关系推导实现目标功能的产品行为的过程和根据行为与结构之间的映射关系推导出产品结构方案的过程；

本发明提供的面向产品概念设计的FBAS功能模型，在由目标功能与行为之间的映射关系推导实现目标功能的产品行为的过程中，考虑影响该映射关系的、对目标功能具有支撑作用的产品的物理属性；然后根据推导出的产品行为，结合限定产品结构方案的产品的几何属性，确定产品的结构方案。

此外，本发明提供一种基于FBAS功能模型及基因表达的产品概念设计方法：

所述FBAS功能模型包括：功能F、行为B、属性A和结构S，其中属性A是指影响概念设计过程的产品的物理属性和几何属性；将所述FBAS功能模型中的功能F类比为生物性状，结构S类比为生物蛋白质，提出产品基因的概念：所述产品基因是以行为和属性为碱基，以两者之间的本体映射关系为氢键的双链结构；通过对产品基因编码能够得到产品基因链；

所述产品基因基因链的形式为：